本书围绕水力压裂室内试验的设计理论和试验方法，系统地阐述了水力压裂试验相似准则、人造试样和露头试样的制备方法、水力压裂裂缝起裂与延伸的直观检测技术和声发射、分布式光纤等间接监测技术；同时也介绍了射孔、井型、储层缝网形态的施工工艺参数试验优化方法，以及碳酸盐岩、致密砂岩、硬脆性火成岩、节理性煤岩等特殊地层水力压裂或酸化压裂等室内试验方法；本书还为读者提供了大量的室内压裂物理模拟实验实例，为开展水力压裂室内物理模拟实验研究提供参考范例。
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陆相页岩油理论技术创新及吉木萨尔大油田发现，新疆维吾尔自治区人民政府科技进步奖一等奖，2021年。
吉木萨尔陆相页岩油理论技术创新及战略发现，中国石油和化学工业联合会科技进步奖一等奖，2020年。
目录
序
前言
第1章 水力压裂物理模拟理论研究 1
1.1 相似准则 1
1.1.1 相似理论的基本内容 1
1.1.2 裂缝扩展控制方程及单值条件 2
1.1.3 相似准则的推导 3
1.2 地应力加载方式 7
1.2.1 三向地应力关系及影响因素 7
1.2.2 地应力状态与裂缝扩展方向的关系 8
1.2.3 地应力扰动对裂缝扩展的干扰机理分析 9
1.3 岩石破裂和断裂机制相似准则 11
1.3.1 裂缝扩展准则与断裂韧性 11
1.3.2 岩石断裂类型 14
1.3.3 多层组合断裂机制 15
1.3.4 微观断裂机制 16
1.4 水力压裂裂缝非平面扩展 17
1.4.1 非平面水力压裂裂缝理论 17
1.4.2 首次开展水力压裂实时监测试验 18
1.5 水力压裂裂缝与天然裂缝交互作用机制 20
1.5.1 水力压裂裂缝与天然裂缝交互作用的三种状态 20
1.5.2 裂缝剪切滑移作用 22
参考文献 23
第2章 水力压裂物理模拟监测方法 25
2.1 示踪剂监测方法 25
2.1.1 示踪剂监测方法在水力压裂试验中的应用 25
2.1.2 示踪剂监测试验示例分析 25
2.2 声发射三维定位监测方法 26
2.2.1 声发射三维定位监测系统 26
2.2.2 声发射三维定位监测及响应特征分析 27
2.3 CT无损检测方法 30
2.3.1 页岩微米CT扫描成像实验 30
2.3.2 页岩裂缝识别原理 31
2.3.3 页岩微米CT扫描实验示例分析 32
2.4 低温金属重构裂缝形态监测方法 33
2.4.1 低熔点合金 34
2.4.2 低温金属重构裂缝形态试验示例分析 35
2.4.3 低温金属重构裂缝形态试验总结及建议 37
2.5 高速摄像监测方法 38
2.6 光纤传感监测方法 39
2.6.1 光纤传感测试原理 40
2.6.2 分布式光纤监测系统(DTS、DAS) 40
2.6.3 光纤传感监测方法的应用示例分析 42
参考文献 45
第3章 不同射孔方式下近井筒裂缝起裂形态模拟试验 48
3.1 定面射孔模拟试验 48
3.1.1 定面射孔原理 48
3.1.2 定面射孔模拟试验井筒设计示例 48
3.1.3 定面射孔模拟试验试样制备 48
3.1.4 定面射孔压裂缝形态特征分析 49
3.2 定向射孔模拟试验 50
3.2.1 定向射孔原理 50
3.2.2 定向射孔模拟试验井筒设计示例 50
3.2.3 定向射孔压裂缝形态特征分析 51
3.3 螺旋射孔模拟试验 51
3.3.1 螺旋射孔原理 51
3.3.2 螺旋射孔模拟试验井筒设计示例 52
3.3.3 螺旋射孔模拟试验试样制备 52
3.3.4 螺旋射孔压裂缝形态特征分析 53
参考文献 54
第4章 裂缝性储层水力压裂裂缝起裂和延伸机理试验研究 55
4.1 水力压裂裂缝与平行多裂缝干扰物理模拟研究 55
4.1.1 平行多裂缝系统水力压裂试验方案设计 55
4.1.2 平行多裂缝地层水力压裂裂缝扩展机理 56
4.2 随机多裂缝储层水力压裂裂缝延伸机理物理模拟研究 60
4.2.1 随机天然裂缝系统的模拟及试验方案设计 60
4.2.2 随机多裂缝储层水力压裂裂缝扩展机理 61
参考文献 64
第5章 大斜度井水力压裂裂缝起裂及延伸规律物理模拟实验 65
5.1 大斜度井水力压裂物理模拟试样制备 65
5.2 均质砂岩层大斜度井水力压裂裂缝起裂和扩展规律 66
5.3 砂泥互层大斜度井水力压裂裂缝起裂和扩展规律 69
5.4 大斜度井水力压裂裂缝起裂和扩展规律 71
第6章 页岩物理模拟实验 72
6.1 页岩裂缝结构分析及描述方法 72
6.1.1 试验前页岩天然裂缝形态分析及描述 72
6.1.2 试验后页岩裂缝形态及结构描述 74
6.2 三维空间中水力压裂裂缝穿透天然裂缝的判别模型及准则 75
6.2.1 水力压裂裂缝穿透天然裂缝的判别模型 75
6.2.2 水力压裂裂缝穿透天然裂缝的判别准则 80
6.3 基于SRA的缝网扩展规模评价方法 83
6.4 模拟浅层应力条件时缝网压裂扩展形态 83
6.4.1 浅层页岩气储层特征简析及试验方案制定 83
6.4.2 浅层页岩气储层裂缝扩展规律 84
6.5 模拟深层应力条件时缝网压裂扩展形态 87
6.5.1 地应力状态及施工参数对深层页岩裂缝形态的影响 87
6.5.2 深层页岩气储层裂缝扩展规律 89
6.6 变排量压裂造缝机制 90
6.6.1 变排量压裂试验方案制定 90
6.6.2 变排量压裂曲线特征及造缝机制分析 92
6.6.3 变排量压裂造缝规律 93
6.7 交替注液提高缝网压裂规模 94
6.7.1 交替注液压裂试验方法 94
6.7.2 交替注液造缝能力评价及裂缝形态分析 96
6.7.3 交替注液压裂缝扩展规律 102
6.8 页岩暂堵转向压裂试验 103
参考文献 108
第7章 页岩油储层水力压裂物理模拟实验 110
7.1 页岩油井下全直径页岩岩心包裹制备 110
7.1.1 盐间页岩油储层不同沉积特征下裂缝扩展规律 111
7.1.2 盐间页岩油井下岩心包裹试验方案设计 111
7.1.3 盐间页岩裂缝形态综合分析 112
7.1.4 盐间页岩水力压裂裂缝影响因素分析 115
7.2 长7页岩油多储层裂缝穿层扩展规律研究 115
7.2.1 长7页岩油多储层水力压裂模拟试验方案设计 115
7.2.2 长7页岩油多储层水力压裂试验参数 116
7.2.3 长7页岩油多储层水力压裂裂缝穿层扩展形态特征 116
7.2.4 长7页岩油多储层水力压裂试验压裂曲线响应特征分析 121
7.2.5 长7页岩油多储层裂缝穿层扩展规律 121
参考文献 122
第8章 碳酸盐岩储层孔洞连通酸压物理模拟实验 123
8.1 缝洞型碳酸盐岩储层压裂试验研究 123
8.1.1 缝洞型碳酸盐岩储层酸压试验概括 123
8.1.2 缝洞型碳酸盐岩储层酸压具体试验方案 123
8.1.3 缝洞型碳酸盐岩储层酸压试验结果 124
8.2 基质型碳酸盐岩储层压裂试验研究 125
8.2.1 基质型碳酸盐岩储层酸压试验概括 125
8.2.2 基质型碳酸盐岩储层酸压具体试验方案 126
8.2.3 基质型碳酸盐岩储层酸压试验结果 126
8.2.4 碳酸盐岩储层孔洞连通酸压试验结果分析 133
8.2.5 酸压孔洞连通机制 135
8.3 碳酸盐岩疲劳酸压试验 136
8.3.1 疲劳酸压试验概括 136
8.3.2 碳酸盐岩疲劳酸压试验方案 136
8.3.3 碳酸盐岩疲劳酸压试验结果 137
8.3.4 碳酸盐岩疲劳酸压试验结果分析 140
参考文献 140
第9章 致密砂岩压裂物理模拟实验 141
9.1 致密砂岩压裂缝破裂特征 141
9.1.1 致密砂岩压裂试验基本思路及参数 141
9.1.2 致密砂岩压裂试验结果分析 141
9.1.3 东濮凹陷致密砂岩储层试验结果 142
9.2 水平井分簇压裂缝间干扰——应力扰动机理 144
9.2.1 缝间诱导应力干扰试验方法 145
9.2.2 密切割缝间应力干扰对裂缝形态的影响 146
9.2.3 密切割压裂缝间应力干扰机制 147
参考文献 148
第10章 硬脆性火成岩压裂物理模拟实验 150
10.1 玄武岩水力压裂试验 150
10.1.1 玄武岩水力压裂试验概述 150
10.1.2 玄武岩水力压裂试验方案 150
10.1.3 玄武岩水力压裂试验结果 151
10.1.4 玄武岩造缝能力分析 153
10.2 角砾熔岩水力压裂试验 155
10.2.1 角砾熔岩水力压裂试验概述 155
10.2.2 角砾熔岩水力压裂试验方案 155
10.2.3 角砾熔岩水力压裂试验结果 156
10.2.4 角砾熔岩试验结果分析 158
10.3 硬脆性火成岩压裂试验结果分析 158
参考文献 159
第11章 节理性煤岩压裂物理模拟实验 160
11.1 煤层直井压裂试验 160
11.1.1 煤层直井压裂试验方案 161
11.1.2 试验结果及分析 161
11.1.3 煤层直井压裂结论 162
11.2 煤层定向井压裂试验 163
11.2.1 节理性煤岩真三轴压裂试验方案 163
11.2.2 定向井煤岩压裂试验结果 164
11.2.3 定向井煤岩压裂影响因素分析 166
11.2.4 定向井煤岩压裂试验结论 169
11.3 含煤岩系产层组穿层压裂扩展试验 169
11.3.1 含煤岩系产层水力压裂试验方案 169
11.3.2 含煤系产层水力压裂试验结果 170
11.3.3 含煤系产层水力压裂试验影响因素综合分析 174
参考文献 177
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